JP3982897B2 - 植物育成装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、植物に光を照射する人工光源を備え、該人工光源により光環境を人為的に制御可能な植物育成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
植物の生育に光が必要なのは光合成を行うためであるが、植物の主な集光色素であるクロロフィルaやクロロフィルbで最も吸収されやすい波長は、図6の吸収スペクトルに示される。すなわち、400〜500nm付近の青色光や、600〜700nm付近の赤色光が、光合成にとって有効な波長域であることが従来より知られている。
【0003】
更に最近の研究によれば、自然光のうち660nm(R)と730nm(FR)を中心とする赤色光と遠赤色光の波長域に含まれる光量子束比(R/FR)が注目されている。すなわち、このR/FRが、植物の形態形成に関係の深いフィトクロームの合成と分解に関与し、この値が大きいと、植物の種類によっては正常に育たない場合があることが判明した。
【0004】
ところで、従来の植物育成装置では、人工光源として3波長域蛍光灯がよく用いられている。この3波長域蛍光灯は、青色(波長450nm)、緑色(波長540nm)、赤色(波長610nm)の3波長・狭帯域の発光を組み合わせたものであり、青色と赤色の部分で、前記植物の吸収スペクトル中の二つのピークに合致する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した植物育成装置では、人工光源が3波長域蛍光灯の単独光源から構成されていたので、該3波長域蛍光灯の特性上、光合成にとって有効な波長域の光は照射できたが、遠赤色光の光量子束は非常に少なかった。そのため、R/FRの値が自然光に比べて格段に大きくなり、植物の種類によっては、著しく成長が阻害されたり、品質の劣化が生じるという問題があった。
【0006】
かかる問題を解決すべく、最近では遠赤色(700〜800nm)に発光エネルギーを持つ遠赤色蛍光体を付加した新しい植物育成用蛍光灯も開発されている。しかしながら、新しい植物育成用蛍光灯は植物育成等の特殊な用途に限定され、概して高価である。従って、植物の種類に関係なく適正な光環境を実現でき、しかもなるべくコストを抑えることが可能な人工光源の開発が切望されていた。
【0007】
本発明は、以上のような従来技術が有する問題点に着目してなされたもので、コストアップを招くことなく、様々な種類の植物に適する自然光に近い光環境を実現でき、特に、容易な構成でR/FRを所望の値に設定することが可能な植物育成装置を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するための本発明の要旨とするところは、次の各項の発明に存する。
[1]植物に光を照射する人工光源(30)を備え、該人工光源(30)により光環境を人為的に制御可能な植物育成装置(10)において、
前記人工光源(30)は、植物の吸収スペクトル中の二つのピークに少なくとも合致する分光特性を持つ3波長域蛍光灯(31)と、赤色光の多い分光分布を持つ白熱ランプ(41)とを備え、
前記3波長域蛍光灯(31)と前記白熱ランプ(41)とを、互いの照射光が混合された状態で植物に照射されるように配設し、
前記3波長域蛍光灯(31)と前記白熱ランプ(41)のワット数を略2対1の比率に設定したことを特徴とする植物育成装置(10)。
【0010】
[2]前記3波長域蛍光灯(31)と前記白熱ランプ(41)のワット数を略2対1の比率に設定して成る光源ユニット(30a〜30c)を複数有することを特徴とする[1]記載の植物育成装置(10)。
【0011】
[3]前記光源ユニット(30a〜30c)単位で点灯数を変えることにより、前記3波長域蛍光灯(31)と前記白熱ランプ(41)とのワット数の略2対1の比率を一定に維持しつつ、光強度を段階的に制御可能なことを特徴とする[2]記載の植物育成装置(10)。
【0012】
次に、前述した解決手段に基づく作用を説明する。
[1]記載の植物育成装置(10)によれば、人工光源(30)の3波長域蛍光灯(31)によって、植物の吸収スペクトルのうち短波長側のピークを成す400〜500nm付近の青色光、および長波長側のピークを成す600〜700nm付近の赤色光をカバーすることができる。しかし、3波長域蛍光灯(31)だけでは、自然光に比べて遠赤色光(700〜850nm)の波長域の光は相当不足する。
【0013】
ところが、前記3波長域蛍光灯(31)の照射光に、白熱ランプ(41)の照射光を混合させることにより、該白熱ランプ(41)の照射光に多く含まれる遠赤色光が付加されるため、R/FRの値を、例えば自然光に近い値に設定することが可能となる。このように、広く普及しており安価な両ランプ(31,41)を組み合わせることで、コストアップを招くことなく、植物の種類を問わずに適正な生育を促せる光環境を実現できる。
【0014】
ここで発明者らの調査研究によれば、3波長域蛍光灯(31)と白熱ランプ(41)のワット数を略2対1の比率に設定すれば、特に自然光に近いR/FRの値を得ることができる。
【0015】
[2]記載の植物育成装置(10)によれば、3波長域蛍光灯(31)と白熱ランプ(41)のワット数を略2対1の比率に設定して成る光源ユニット(30a〜30c)を複数有するから、該光源ユニット(30a〜30c)の個数を増減させることにより、大型の装置から小型の装置まで幅広く適用することができる。
【0016】
ここで[3]記載のように、前記光源ユニット(30a〜30c)単位で点灯数を変えることにより、3波長域蛍光灯(31)と白熱ランプ(41)とのワット数の略2対1の比率を一定に維持しつつ、光強度を段階的に制御でき、これにより、任意のR/FRの値の条件の下で、植物生育に対する光強度の影響を調べるような実験を行うことができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明を代表する一の実施の形態を説明する。
図1〜図4は本発明の一実施の形態を示している。
図1に示すように、植物育成装置10は、箱型の機本体10a内に育成室20と機械室50を備え、前記育成室20内に温度や湿度を調整した空気を循環させて環境要因を人為的に制御し、植物の生育試験を行う装置である。本発明の根幹を成す人工光源30は、育成室20の天井壁に配設されている。
【0018】
育成室20は植物を育成する部屋であり、その底面部側には機本体10aの底面壁と平行な床板21が配設されている。床板21には多数の吹出孔22が開設され、この床板21下方は、育成室20内へ調整済みの空気を吹き出す吹出空間20aとなっている。植物を植えた鉢等は床板21上に載置する。
【0019】
人工光源30は、植物に光を照射して光環境を人為的に制御するものであり、3波長域蛍光灯31と白熱ランプ41から成る。3波長域蛍光灯31と白熱ランプ41は、それぞれ互いの照射光が混合された状態で、床板21上の植物に照射されるように配設されている。
【0020】
3波長域蛍光灯31は、図6に示す植物の吸収スペクトル中の二つのピークに少なくとも合致する分光特性を有する。3波長域蛍光灯31は、低圧の水銀蒸気放電ランプの一種であり、具体的には例えば、図3に示すような分光エネルギー分布の光を照射するものである。すなわち、青色(波長450nm)、緑色(波長540nm)、赤色(波長610nm)の3波長・狭帯域の発光を組み合わせて成り、青色と赤色の部分で、図6に示す植物の吸収スペクトル中の二つのピークに合致している。
【0021】
一方、白熱ランプ41は、タングステンのフィラメントを通電によって高温に白熱させ、その放射熱によって発光させるランプである。白熱ランプ41は、遠赤色光の多い分光分布を持っており、具体的には例えば、図4に示すような分光エネルギー分布の光を照射するものである。すなわち、遠赤色光(700nm〜)の光量子束が非常に多いのが特徴となっている。
【0022】
3波長域蛍光灯31と白熱ランプ41は、それぞれ互いの照射光が混合された状態で、床板21上の植物に照射されるように配設されている。本実施の形態における人工光源30は、図2に示すように、3波長域蛍光灯31と白熱ランプ41のワット数を、略2対1の比率に設定した3組の光源ユニット30a〜30cを具備して成る。
【0023】
図2において、3波長域蛍光灯31は、いわゆるツインタイプの形状のものであり1個が96Wで、白熱ランプ41は1個が38Wのものを用いている。なお、個々の3波長域蛍光灯31、白熱ランプ41の数や配置は、図示したものに限定されず、例えば、図示省略したが、中央に3波長域蛍光灯31を配置させて、その両側に白熱ランプ41を平行に並べるように配置させてもよい。
【0024】
図2に示すように、各光源ユニット30a〜30c中における個々の3波長域蛍光灯31、白熱ランプ41には、電源側に通電させるためのスイッチであるSW1〜SW6が接続されている。更にSW1,SW2は、ともにSW7を介して電源側に接続され、SW3〜SW6は、まとめてSW8を介して電源側に接続されている。
【0025】
各SW1〜SW8のスイッチング操作によって、人工光源30は、各光源ユニット30a〜30c単位で点灯数を変えることができ、3波長域蛍光灯31と白熱ランプ41のワット数を所定比率に維持しつつ、光強度を段階的に制御できるように設定されている。各SW1〜SW8のスイッチング操作は、手動で行ってもよく、あるいは制御手段による自動調整で行ってもよい。
【0026】
また、機械室50は、仕切り壁25や空気中の塵や埃を除去するエアーフィルター26によって、前記光源室30から仕切られており、機械室50内には、空気の温度や湿度を調整して一定方向に送る空気調整装置が配設されている。ここで空気調整装置は具体的には、送風機51、冷却コイル52、電気ヒータ53、および加湿ノズル54を組合せてなる。これら送風機51等、空気調整装置の構成装置の稼動は制御装置(コンピュータ)により制御されている。
【0027】
次に作用を説明する。
前記植物育成装置10によれば、人工光源30の3波長域蛍光灯31により、図3に示す分光エネルギー分布の光が照射される。かかる3波長域蛍光灯31の照射光によれば、図6に示す植物の吸収スペクトルのうち短波長側のピークを成す400〜500nm付近の青色光、および長波長側のピークを成す600〜700nm付近の赤色光をカバーすることができる。
【0028】
3波長域蛍光灯31だけでは、自然光(図5参照)に比べて、遠赤色光(700〜850nm)の波長域の光は相当不足する。このような3波長域蛍光灯31の照射光に、白熱ランプ41の照射光を混合させることで、図4に示すように、白熱ランプ41の照射光に多く含まれる遠赤色光が付加される。
【0029】
従って、光合成効率の高い吸収スペクトルの分光分布に合致する光を効率的に照射できるばかりでなく、植物の形態形成に関係の深い前記R/FRの値を、図5に示す自然光に近い値に容易に設定することができる。このように、広く普及しており安価な両ランプ31,41を組み合わせることで、コストアップを招くことなく、植物の種類を問わずに適正な生育を促せる光環境を実現できる。
【0030】
特に本実施の形態では、発明者らの調査研究に基づき、3波長域蛍光灯31と白熱ランプ41のワット数を略2対1の比率に設定しているため、特に自然光に近いR/FRの値を得ることができる。ここで光源ユニット30a〜30c単位で点灯数を変えることにより、3波長域蛍光灯31と白熱ランプ41とのワット数の比率を一定に維持しつつ、光強度を段階的に制御できる。
【0031】
具体的には、高強度は3段階に調整できるようになっており、図2において、例えばSW1,SW2およびSW7をONにして、他のSW(SW8のみで足りる。)をOFFにすれば、一つの光源ユニット30aのみが点灯する。このように各SW1〜SW8の操作により、光源ユニット30a〜30cを1つのみ、2つ、あるいは3つ総て点灯させるという具合に段階的に調整でき、予め設定したR/FRの値を変えることなく、植物生育に対する光強度の影響を調べるような実験を行うことができる。
【0032】
更にまた、各SW1〜SW8の操作により、各光源ユニット30a〜30cを構成する3波長域蛍光灯31と白熱ランプ41のどちらか一方を選択的に点灯する等して、両ランプ31,41のワット数を異なるように調整することも可能であり、R/FR自体を任意に調整してもよい。両ランプ31,41の点灯個数の調整により、両ランプ31,41のワット数の比を、2:3,4:3,6:2,6:1等と簡単に設定でき、R/FRを任意に調整することができる。
【0033】
また、植物育成装置10内における空気は、先ず機械室50内の冷却コイル52や電気ヒータ53により所望の温度に調整され、加湿ノズル54により所望の湿度に調整された状態で、送風機51の稼動により育成室20下方の吹出空間20aへ送られる。
【0034】
この調整済みの空気は、育成室20の床板21にある多数の吹出孔22を通って育成室20内へ吹き出される。育成室20内の空気は、人工光源31が配設されている天井側を通って、機械室50の上端側に送られて、再び機械室50内の冷却コイル52や電気ヒータ53により所望の温度に調整される等して、吹出空間20a側へと循環する。
【0035】
なお、本発明に係る植物育成装置は、前述した実施の形態に係る具体的構成に限定されるものではない。例えば、人工光源31は、ガラス板等により育成室20から区切るように設けた光源室内に設置するようにしてもよい。また、人工光源31は、3個の光源ユニット30a〜30cから成るが、光源ユニットの個数を増減させることにより、大型の装置から小型の装置まで幅広く適用することができる。
前記両ランプ31,41の特性や、図3,図4のグラフは、社団法人照明学会編,光バイオインダストリー(オーム社)を参照した。
【0036】
【発明の効果】
本発明に係る植物育成装置によれば、人工光源は、青色光の多い分光分布を持つ3波長域蛍光灯と、赤色光の多い分光分布を持つ白熱ランプとを備え、両ランプを、互いの照射光が混合された状態で植物に照射されるように配設したから、簡易かつ安価な構成で、光合成効率の高い吸収スペクトルの分光分布に合致する光を効率的に照射でき、特にR/FRを所望の値に設定でき、植物の種類を問わず適正な生育を促せる光環境を実現することができる。
特に、3波長域蛍光灯と白熱ランプのワット数を略2対1の比率に設定したことにより、自然光に近いR/FRの値を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態に係る植物育成装置の内部構造を示す正面図である。
【図2】本発明の一実施の形態に係る植物育成装置の人工光源を構成するランプの配線を説明する平面図である。
【図3】本発明の一実施の形態に係る植物育成装置の人工光源を構成する3波長域蛍光灯の分光分布を示すグラフである。
【図4】本発明の一実施の形態に係る植物育成装置の人工光源を構成する白熱ランプの分光分布を示すグラフである。
【図5】自然光における分光エネルギー分布を示すグラフである。
【図6】一般植物における光の吸収スペクトルを示すグラフである。
【符号の説明】
10…植物育成装置
10a…機本体
20…育成室
20a…吹出空間
21…床板
30…人工光源
30a〜30c…光源ユニット
31…3波長域蛍光灯
41…白熱ランプ
50…機械室
Claims (3)
- 植物に光を照射する人工光源を備え、該人工光源により光環境を人為的に制御可能な植物育成装置において、
前記人工光源は、植物の吸収スペクトル中の二つのピークに少なくとも合致する分光特性を持つ3波長域蛍光灯と、赤色光の多い分光分布を持つ白熱ランプとを備え、
前記3波長域蛍光灯と前記白熱ランプとを、互いの照射光が混合された状態で植物に照射されるように配設し、
前記3波長域蛍光灯と前記白熱ランプのワット数を略2対1の比率に設定したことを特徴とする植物育成装置。 - 前記3波長域蛍光灯と前記白熱ランプのワット数を略2対1の比率に設定して成る光源ユニットを複数有することを特徴とする請求項1記載の植物育成装置。
- 前記光源ユニット単位で点灯数を変えることにより、前記3波長域蛍光灯と前記白熱ランプとのワット数の略2対1の比率を一定に維持しつつ、光強度を段階的に制御可能なことを特徴とする請求項2記載の植物育成装置。
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